近年來，隨著工業(yè)縫紉機(jī)行業(yè)的發(fā)展，帶有數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的工業(yè)用縫紉機(jī)使用越來越廣泛，這種自動化設(shè)備以其省電、、節(jié)約勞動力等優(yōu)點(diǎn)受到服裝加工企業(yè)的歡迎，但伴隨著這種機(jī)電一體化高科技設(shè)備的推廣，各種新的疑問和困惑便隨之產(chǎn)生。對于工業(yè)縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)來說，目前關(guān)注比較多的就是這種全自動化設(shè)備到底耗電量有多少？省電省在哪里？交流伺服驅(qū)動器（控制器）銘牌上的功率標(biāo)識有什么意義？為什么交流伺服驅(qū)動器（控制器）的輸入功率比離合馬達(dá)的功率還要高？

      筆者希望通過本文普及一下有關(guān)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的輸入輸出功率的基本知識。

      一個(gè)具有能量轉(zhuǎn)換或傳遞過程的物體，輸入功率就是物體從外部單位時(shí)間獲得能量的能力，而輸出功率就是單位時(shí)間物體對外輸出能量的能力。以機(jī)電一體化設(shè)備的電動機(jī)為例，其輸入的是電功率（輸入電壓、輸入電流和功率因數(shù)的乘積），輸出的是機(jī)械功率（轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的乘積）。輸入的電能有一部分在能量轉(zhuǎn)換中變成熱能消耗了，還有一些機(jī)械能要克服自身轉(zhuǎn)動中的摩擦阻力，所以輸出功率總會小于輸入功率。

      1）電動機(jī)的輸入功率Pi

      輸入功率一般指的是電源給電動機(jī)輸入的有功功率：

       2）電動機(jī)的輸出功率Po

       輸出功率是指電動機(jī)在額定工況下其帶動的設(shè)備主軸的機(jī)械輸出功率，輸入功率和輸出功率兩者之間有一個(gè)效率的系數(shù)η，即 Po=Pi×η。電動機(jī)標(biāo)牌上所標(biāo)明的額定功率，也就是額定工況下電動機(jī)軸輸出機(jī)械功率Po。電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，內(nèi)部總有一定的功率損耗，這些損耗包括：繞組上的銅（或鋁）損耗，鐵芯上的鐵損耗以及各種機(jī)械損耗等。因此輸入功率等于損耗功率與輸出功率之和，也就是說，輸出功率小于輸入功率。

      效率系數(shù)η越大，電動機(jī)轉(zhuǎn)換能量的效率越高，說明電動機(jī)損耗越小，電動機(jī)節(jié)約的電能越多。一般交流伺服電動機(jī)在額定電壓和負(fù)載下其效率在90%左右。

      電網(wǎng)電能的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)單位是千瓦時(shí)（KW.h），即1度電=1KW.h=1 000×Pi×h，式中h是以Pi功率運(yùn)行的機(jī)電設(shè)備的時(shí)間數(shù)（單位：小時(shí)），故考量電能的消耗，除了考量系統(tǒng)的功率P之外，還需要注意的一個(gè)因素就是設(shè)備在這個(gè)功率下運(yùn)行的時(shí)間。

      中華人民共和國*2010年發(fā)布的QB/T 4007-2010《工業(yè)用縫紉機(jī) 高速平縫機(jī)伺服系統(tǒng)技術(shù)條件》8.1條產(chǎn)品銘牌標(biāo)記的規(guī)定如下：

      正規(guī)廠家生產(chǎn)的工業(yè)用縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)都有上述銘牌內(nèi)容，并且不會隨意標(biāo)注，具體數(shù)據(jù)各廠家按照產(chǎn)品實(shí)際測試結(jié)果進(jìn)行標(biāo)注。

      工業(yè)用縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)的輸入取自交流市電的電網(wǎng)，銘牌上標(biāo)示的額定輸入功率就是系統(tǒng)在額定工作狀態(tài)下，整個(gè)系統(tǒng)需要從電源引入的功率。*，工業(yè)用縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)除了交流伺服驅(qū)動器（控制器）之外，還有交流伺服電動機(jī)、操作面板、腳踏板傳感器和停針位置傳感器等器件。伺服驅(qū)動器、傳感器、操作面板等都是一個(gè)個(gè)電子電路系統(tǒng)，本身正常工作也需要消耗電能，但是所有這些電子電路系統(tǒng)加起來的電流消耗卻很小只有毫安級（mA），而且其工作電源大多是5伏和15伏，對整個(gè)系統(tǒng)的電能消耗來說可以忽略不計(jì)。伺服驅(qū)動器能量主要消耗在電機(jī)和機(jī)頭各電磁鐵的驅(qū)動控制上，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，驅(qū)動縫紉機(jī)完成各種自動化縫制任務(wù)。

       以鮑麥克斯新產(chǎn)品AH58系列產(chǎn)品的銘牌為例，銘牌上標(biāo)示的內(nèi)容包括：額定輸入電壓、額定輸入頻率、額定輸入電流、額定輸出轉(zhuǎn)速、額定輸入功率、額定輸出功率和額定轉(zhuǎn)矩等信息，其中AHD58工業(yè)用縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)（圖2），額定輸入功率為700瓦，電機(jī)額定工作轉(zhuǎn)速為每分鐘5 000轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)矩1牛米，額定輸出功率550瓦，加上電磁鐵驅(qū)動控制的電能損耗（平均消耗功率90瓦左右），則整個(gè)AHD58系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率為：


      需要特別指出的是，數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的輸入和輸出功率都不是一成不變的，也就是說，交流伺服驅(qū)動器（控制器）銘牌上標(biāo)明的額定輸入功率700瓦，不是伺服系統(tǒng)一上電就必須輸出的功率，系統(tǒng)輸出給電動機(jī)的功率550瓦也不是系統(tǒng)一上電就輸出的機(jī)械能，伺服系統(tǒng)輸入功率跟隨系統(tǒng)的輸出功率變化而變化，而輸出功率跟隨機(jī)頭負(fù)載的變化情況而自適應(yīng)變化，負(fù)載變大，電機(jī)輸出功率變大，整個(gè)系統(tǒng)輸入功率就會增大一些；負(fù)載變小，電動機(jī)輸出功率變小，整個(gè)系統(tǒng)的輸入功率就會變小一些。因此，看到交流伺服驅(qū)動器（控制器）銘牌上的輸入功率請一定要記清楚這個(gè)功率是在額定工況下連續(xù)運(yùn)行測試來的數(shù)據(jù)，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行起來之后，負(fù)載需要多少電能，系統(tǒng)等效率輸出多少電能，這是數(shù)控交流伺服系統(tǒng)省電節(jié)能的關(guān)鍵所在。

      鮑麥克斯AH58系列產(chǎn)品的電動機(jī)輸出扭矩能力較AH55系列產(chǎn)品的輸出扭矩提高了大概30%，將伺服系統(tǒng)輸入功率提高是為了加強(qiáng)整個(gè)產(chǎn)品的適用性，雖然電動機(jī)轉(zhuǎn)矩有提高，但是整個(gè)系統(tǒng)的耗電是不會增加的，只有機(jī)頭負(fù)載達(dá)到電動機(jī)需要輸出的這個(gè)扭力限值時(shí)，才會消耗等量多的電流和功率。

      因此，工業(yè)用縫紉機(jī)數(shù)控交流伺服系統(tǒng)AHD50的銘牌標(biāo)注的“額定輸入功率700W”是指該伺服系統(tǒng)在額定輸出每分鐘5 000轉(zhuǎn)、1牛米的工況下測得的輸入功率，而在平?？p紉機(jī)的使用過程中，機(jī)頭轉(zhuǎn)速zui高為每分鐘4 000～4 500轉(zhuǎn)，伺服系統(tǒng)所控制的電動機(jī)輸出扭矩的大小根據(jù)縫制的面料負(fù)載情況自適應(yīng)調(diào)節(jié)的?？p料比較厚時(shí)，電動機(jī)輸出電流就大，縫料比較薄時(shí)，電動機(jī)輸出電流就比較小，沒有負(fù)載（機(jī)頭不動）的時(shí)候，電動機(jī)幾乎不輸出電流，這是伺服系統(tǒng)較離合馬達(dá)驅(qū)動省電的關(guān)鍵因素所在。

      普通縫紉機(jī)使用離合馬達(dá)驅(qū)動時(shí)，這種異步電動機(jī)是直接從市電電網(wǎng)取得交流電進(jìn)入電動機(jī)定子線圈的，電動機(jī)一上電即開始運(yùn)轉(zhuǎn)，空載時(shí)這種離合馬達(dá)的轉(zhuǎn)化效率很低，只有踩動腳踏板使離合片咬合才帶動機(jī)頭負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)輸出機(jī)械能，其效率隨轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的增加而逐步上升，并且驅(qū)動電動機(jī)的交流電壓有效值和頻率是固定不變的，只有電動機(jī)內(nèi)部消耗的電流隨著機(jī)頭負(fù)載的增加而增加。

      數(shù)控交流伺服系統(tǒng)控制的工業(yè)縫紉機(jī)針對永磁交流伺服電動機(jī)的電壓和電流都是可控制的，它是將市電交流220伏轉(zhuǎn)換成直流310伏電源后，通過電壓逆變器再將直流變換成三相交流電源輸出給永磁伺服電動機(jī)。觀察永磁交流伺服電動機(jī)的相電壓和相電流波形會發(fā)現(xiàn)，其相電壓的平均值是隨著轉(zhuǎn)速的升高而升高，相電流是隨著負(fù)載大小的改變而改變，帶有交流伺服驅(qū)動器的縫制設(shè)備除了電動機(jī)驅(qū)動控制，還有電磁鐵等多個(gè)電磁轉(zhuǎn)換設(shè)備需要驅(qū)動，當(dāng)這些設(shè)備動作頻繁時(shí)，同樣要消耗電流，但是與電動機(jī)的電能消耗比較還不是關(guān)鍵耗能因素。

      綜上，帶有數(shù)控交流伺服系統(tǒng)的工業(yè)縫紉機(jī)電能耗電情況是與縫制負(fù)載有關(guān)系的，不是一成不變的。由于交流伺服驅(qū)動器（控制器）使用電壓和電流都可控制的方式來控制電動機(jī)，輸出的功率跟隨機(jī)頭負(fù)載的情況變化而變化，銘牌標(biāo)識的額定輸入功率是在額定工作狀態(tài)下才消耗的電能量。系統(tǒng)不在這種額定工況下運(yùn)行的時(shí)候，伺服系統(tǒng)的輸入功率就不會超過額定輸入功率，會比額定輸入功率低很多。比如鮑麥克斯AHD58系統(tǒng)在工業(yè)平縫機(jī)上以每分鐘4 000轉(zhuǎn)的速度，正常的中厚料縫紉過程中，保守估計(jì)整個(gè)系統(tǒng)消耗的功率zui多不會超過450瓦，況且縫制過程是一個(gè)時(shí)斷時(shí)續(xù)不連續(xù)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際反映到電表的電能損耗比離合馬達(dá)驅(qū)動的設(shè)備省電很多，廠家可以放心使用。

（來源：中外縫制設(shè)備）